[發明專利]一種波導集成型光電探測器及其制作方法

有效

• 申請號: 201811533861.0
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN111326533B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 汪巍;方青;余明斌
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/144
• 分類號: H01L27/144;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 劉星

本發明提供一種波導集成型光電探測器及其制作方法，該探測器包括光電探測器及光循環結構，光循環結構包括n個模式轉換反向器，模式轉換反向器包括TE_i?TE_j非對稱定向耦合器、反向器及TE_j?TE_i+1非對稱定向耦合器，用于實現TE_i?TE_i+1模式光之間的轉換及光的反向，通過引入n個模式轉換反向器，可以實現光的n+1次循環利用。在光經過n+1次循環后，通過引入TE_n?TE_k非對稱定向耦合器及環形反向器實現TE_n模式光的反向，TE_n光再次進入探測器，進而再次通過n個模式轉換反向器，再次實現光的n次循環。本發明能夠實現更高效的光吸收效率，有效減小探測器長度，減小器件尺寸，更容易實現低暗電流、低電容和高響應度光電探測器的制備，且光學帶寬大，對波導尺寸、溫度不敏感，工藝容差大。

技術領域

本發明屬于光電子技術領域，涉及一種波導集成型光電探測器及其制作方法。

背景技術

硅基光電探測器因其與互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝兼容，且便于集成，在光通信、光互聯和光傳感等領域有著廣泛的引用。根據光進入的方向，探測器可以分為垂直入射型探測器和水平入射(波導型)探測器。相較于垂直入射型探測器，波導型探測器能避免光探測器速率和量子效率間相互制約的問題，且可以與波導光路集成，更容易實現高速高響應度，是實現高速光通信和光互聯芯片的核心器件之一。

目前通信波段的硅基波導型探測器多采用鍺(Ge)作為吸收材料。Si波導中的光通過消逝波耦合方式進入Ge吸收區。受限于Ge的吸收系數和消逝波耦合效率，為了實現高的響應度，探測器長度需要大于10微米，這使得探測器的電容和暗電流難以進一步優化。為了提高光吸收效率，基于微環等諧振腔結構的光循環利用探測器被提出。然而，諧振腔結構光學帶寬小，諧振波長對波導尺寸及溫度極其敏感，這限制了其實際應用。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種波導集成型光電探測器及其制作方法，用于解決現有技術中探測器光吸收效率低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種波導集成型光電探測器，包括：

光電探測器，具有第一端口及第二端口；

光循環結構，包括n個模式轉換反向器，其中，n≥2，且至少有一個所述模式轉換反向器連接于所述第一端口，至少有一個所述模式轉換反向器連接于所述第二端口，所述模式轉換反向器用于實現TE_i-TE_i+1模式光之間的轉換及光的反向，使光再次通過所述光電探測器，其中，0≤i＜n，且i為整數。

可選地，當i＝0時，所述模式轉換反向器構成TE₀-TE₁模式轉換反向器，所述TE₀-TE₁模式轉換反向器包括反向器及與所述反向器相連的TE₀-TE₁非對稱定向耦合器，所述反向器用于將來自所述第二端口的TE₀模式光反向，并輸入所述TE₀-TE₁非對稱定向耦合器，所述TE₀-TE₁非對稱定向耦合器用于將反向后的TE₀模式光轉換為TE₁模式光，并經所述第二端口再次輸入所述光電探測器。